Электрод для сварки чугуна

 

Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам для холодной сварки и ремонта чугунных деталей. Цель изобретения - повышение качества и пластичности металла шва. Стержень электрода выполняется из сварочной проволоки аустенитного класса с содержанием никеля до 10 мас,%. Состав покрытия содержит, мас.%: мрамор 37-42; полевой шпат 10-16; ильменитовый концентрат 32-38; окись хрома 2-5, калий хромовокислый 2-4; слюда 4-6: сода 0,5-1,5. Коэффициент массы покрытия электрода составляет 0,2-0,38. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)з В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕН.АЛЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

i ф, г д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696225/27 (22) 11.04.89 (46) 15.09,91. Бюл. N. 34 (71) Украинский заочный политехнический институт им. И. 3. Соколова (72) Н. Г. Ефименко, Н, А, Калин, М. В. Орлов и Л. Н. Балан (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 948589, кл, В 23 К 35/365, 1981.

Авторское свидетельство СССР

t4 1031702, кл. В 23 К 35/365, 1982.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в машиностроении для холодной сварки и ремонта чугунных деталей, Целью изобретения является повышение качества и пластичности металла шва.

Использование ильменита в качестве основного кислородосодержащего компонента покрытия имеет следующие преимущества, Входящий в его состав окисел железа

FeO при температурах 2000 К и выше диссоциирует по реакции 2FeOWFe+Oz с выделением кислорода, который интенсивно реагирует с углеродом (графитом) чугуна, Не продиссоциировавший или образовавшийся вновь в результате указанной реакции

FeO не остается в металле шва, а уходит в . шлак, так как его растворимость в аустенитном металле, в отличие от ферритной матрицы прототипа, очень мала, поры в данном случае не образуются.

Входящий в состав ильменита двуокись титана TIOz при тех же температурах также. Ж,, 1676776 А1 (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам для холодной сварки и ремонта чугунных деталей.

Цель изобретения — повышение качества и пластичности металла шва, Стержень электрода выполняется из сварочной проволоки аустенитного класса с содержанием никеля до 10 мас,g. Состав покрытия содержит, мас. : мрамор 37 — 42; полевой шпат 10-16; ильменитовый концентрат 32-38; окись хрома 2-5, калий хромовокислый 2-4; слюда ч-6; сода 0,5-1,5. Коэффициент массы покрытия электрода составляет 0,2 — 0,38, 3 табл. диссоциирует с выделением кислорода, причем с увеличением TIOz увеличивается ее окислительная способность по отношению к кремнию, марганцу и особенно углероду. Кроме этого, титан способствует получению металла с мелкозернистой структурой, препятствует образованию мартенситной структуры, что предупреждает возникновение трещин, Двуокись титана придает шлаку жидкотекучесть и способствует легкому его всплыванию на поверхность ванны, что обеспечивает чистоту наплавленного металла от шлаковых включений.

Окись хрома и хромовокислый калий обеспечивает более полное окисление кремния и марганца, а также углерода (графита) чугуна. Кроме того, хромовокислый калий используется в качестве пассивирующего компонента, способствует стабильному горению сварочной дуги, уменьшает разбрызгивание электродного металла, 1676776

40

Таким образом, ильменит, окись хрома и хромовякислый калий обеспечивает полное и глубокое (до 3-4 мм) обезуглероживание чугуна (в отличие от прототипа, где обезуглероживание чугуна осуществляется менее полно, так как часть кислорода уходит на окисление входящего в состав покрытия алюминия), а в сочетании с еустенитным материалом стержня — получение в первом слое сварного шва пластичной аустенитной структуры. Наложение последующих слоев сварного шва обеспечивает пластичный металл, чистый от шлаковых включений, с достаточно низкой твердостью, легко поддающийся механической обработке.

Мрамор и полевой шпат образуют шлаковую и газовую защитные системы покрытия. Кроме того, они также способствуют дополнительному выгоранию углерода в сварочной ванне.

Слюда используется в качестве пластификатора обмаэочной смеси при прессовом способе изготовления электродов, а также совместно с полевым шпатом повышает стабильность горения сварочной дугИ, создает дополнительную окислительную атмосферу в зоне дуги, При использовании для холодной сварки чугуна электрода происходит проплавление чугуна на значительную глубину (до 4 мм), а наличие в покрытии кислородсодержащих компонентов (ильменита, окиси хрома и др.) обеспечивает достаточно полное обезуглероживание расплавленного металла и прилегающих слоев свариваемого чугуна. Перемешивание обезуглероженного основного металла с электродным приводит к образованию аустенитной структуры уже в первом слое сварного шва. Этот слой, обладающий высокой пластичностью, служит демпфером возникающим в околошовной зоне напряжениям, повышая тем самым ее сопротивляемость образованию холодных трещин. Аустенитный металл при остывании сварного шва не претерпевает превращенн ий и н е образует закалочных (мартенситных) структур, сохраняет высокие пластические свойства, сравнительно легко обрабатывается режущим инструментом.

Введение в покрытие ильменита менее

32 (, не обеспечит необходимого обезуглероживания чугуна; превышение содержания ильменита сверх 38 /, значительно увеличит жидкотекучесть шлака, что ухудшает защиту сварочной ванны от азота воздуха и ухудшит формирование шва, B наплавленном металле могут появиться поP bl.

Уменьшение. количества мрамора в покрытии ниже 377ь ухудшит газовую защиту сварочной ванны, ведет к образованию "коротких" шлаков, что, в свою очередь, ухудшит формирование шва, Увеличение же количества мрамора. сверх 42 может вызвать дополнительное науглероживание металла шва вследствие выделения большого количества С0 при диссоциации.

Малое количество (меньше 10 ) полевого шпата в покрытии не обеспечит стабильного горения дуги, при повышенном (более 16 ) содержании образуется много шлака, загрязняется металл шва.

Малое количество окиси хрома и калия хромовокислого (меньше 27ь) снизит окислительный потенциал покрытия, уменьшит количество свободного кислорода и, как следствие, снизит обезуглероживающий эффект. Кроме того, ухудшатся) сварочнотехнологические свойства электрода.

Избыточное количество окиси хрома (больше 57ь) и калия хромовокислого (свыше

47ь) приводит к снижению пластичности и повышению твердости металла шва.

Изменение содержания слюды и соды в покрытии приведет к ухудшению технологичности изготовления электродов, нарушится стабильность горения сварочной дуги.

Таким образом, сочетание стержня из проволоки аустенитного класса и покрытия, в состав которого входят компоненты с высоким окислительным потенциалом обеспечивает высокую пластичность металла,шва, отсутствие пор, трещин, хорошую обрабатываемость при холодной сварке чугуна.

Были испытаны конкретные составы покрытия. Стержень электродов выполнен из сварочной проволоки Св-08Х20Н9Г7Т, диаметром 4 мм, - В табл. 1 приведены составы покрытия электродов со стержнями из проволоки аустенитного класса. Электродами сваривали пластины из чугуна.СЧ-18, Сварной шов выполняли в три прохода на постоянном токе обратной полярности 1=130 А, Электродами каждого варианта выполняли по три сварных соединения для определения твердости и пластичности металла шва. Содержание углерода и твердость металла определяли послойно по глубине сварного шва через каждые 2 мм, Твердость определяли по Роквеллу (ГОСТ 9013 — 59) и по Бринеллю (ГОСТ

9012-59), пробы для химического анализа отбирали согласно, ГОСТ 7122-81, содержание углерода определяли по ГОСТ 22536.177. Образцы для определения пластических свойств металла сварного шва вырезали и испытывали по ГОСТ 6996 — 66. Результаты представлены в табл. 2.

1676776

Таблица 1

Коэффициент массы покрытия выбирали в пределах 0,2-0,38. При коэффициенте меньше 0,2 нарушайтся стабильность горения дуги, ухудшается газовая защита сварочной ванны, резко увеличивается порообразование. Недостаток ильменита, хромовокислого калия и окиси хрома значительно снижает окислительный потенциал покрытия, не происходит необходимое обезуглероживание жидкого металле. При коэффициенте покрытия 0,4 достигается необходимый обезуглероживающий эффект, однако качество шва существенно ухудшается: происходит зашлаковка металла шва, так как часть покрытия не успевает расплавиться.

В табл. 3 приведены данные послойного анализа содержания углерода и определения твердости. Для примера выбрано покрытие варианта 3 (табл. 1).

Были испытаны электроды, стержни которых были выполнены из других проволок (Св-01Х19Н9, Св-06Х19Н9Т, Св06Х19Н10М3Т, Св-04Х19Н9С2, Св07Х19Н10Б). Послойный химический анализ на углерод не проводили, величины же чисел твердости по слоям практически не отличаются от приведенных в табл. 2 и 3 (разница в 1-2 ед).

Применение аустенитных проволок с содержанием никеля свыше 10 не приведет к получению дополнительного положительного эффекта в процессе сварки чугуна, а стоимость их существенно выше перечисленных. Поэтому их применение в качестве . стержня электрода экономически не рационально.

Использование в качестве стержня нержавеющих хромоникелевых проволок мартенситного (мартенситно-аустенитного) класса недопустимо, так как в металле шва

5 и по линии сплавления образуются эаколочные структуры, что вызывает, кроме высокой твердости, трещины. Применение проволок ферритного класса приводит к получению в металле шва крупнозернистой

10 структуры, склонной к трещинообразованию, Таким образом, применение для холодной сварки чугуна данного электрода обеспечивает повышение пластичности

15 наплавленного металла, улучшает его качество (отсутствуют, поры) и снижение твердости.

Формула изобретения

Электрод для сварки чугуна, состоящий

20 из металлического стержня и покрытия, содержащего мрамор, окись хрома, слюду и соду, отличающийся тем,что,сцелью повышения качества и пластичности металла шва,.стержень выполнен из сварочной

25 проволоки аустенитного класса, а покрытие дополнительно содержит ильменитовый концентрат, полевой шпат и калий хромовокислый при следующем соотношении компонентов, мас. :

30 Мрамор 37-42

Полевой шлат 10-16

Ильменитовый концентрат 32-38

Окись хрома 2-5

Калий хромовокислый 2-4

35 Слюда 4-6

Сода 0,5 — 1,5 при этом коэффициент массы покрытия составляет 0,2 — 0,38, 7 f676776

Таблнца2

Варнанты

Содернанне уг сварног

1 1

П р н н е ч а н н е: - твердость по Врнналлю хх!

ТаблнцаЗ ернанне С по глубнн очного шва (черен 2

Ков44 цнент лоеры 1 2 3 4

О, 2 О, 28 О, 43 0,68 0,96 1,80 3,36 174 16 24 28 35 16 34-36, 0,3 О, 14 0,18 0,30 0,48 1,14 3,35 146 155 14 20 28 15 39-42

0,4 О, 15 О, 19 0,30 0,50 1, !8 3,32 160 158 14 22 29 !6 29-30

Составитель Т.Арест

Техред M. Моргентал

Корректор Т.Палий

Редактор М.Васильева

Заказ 3069 Тираж 494 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

0,16 0,20

0,16 0,21

0,14 0,18

О,гО ОИ

0,18 .0,23

0,40

0,38

0i30

0,45

0,38

0,50 1,20

0,5! 1,22

0,48 1, 14

0,53 1, 30

0,50 1,23

3,40 150

3,40 150

3,36 146

3,46 160" .

3345 !56"

160" 16

160 15

155 14

172" 22

165* 15

22

23

24

30 15

32 16

28 15

32 14

32 14 з6-зв

Э6-38

39-42

35-36

Э6-37